煤层气地球物理技术研究综述

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1、煤层气地球物理技术研究综述（转） 中国石化石油勘探开发研究院  李辛子内容提要1、煤层气岩石物理2、煤层气测井技术3、煤层气地震技术4、其他煤层气地球物理技术5、小结 1、煤层气岩石物理    测试并确定富气和不富气煤层的岩性和物性特征，及其与测井曲线和地震波场等特征之间的响应关系是煤层气岩石物理研究的重要内容。 1.1煤密度与煤化作用的关系 关系：    从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度（TRD）缓慢减小，到碳含量为86-89%之间的中等煤化程度时，煤的真密度最低，约为1.3g/cm3左右，此后，煤化程度再提高，煤的真密度随之提高。    对同一煤样，

2、煤的真密度数值大于视密度（ARD）。根据煤的真密度和视密度还可算出煤的孔隙度。    煤中矿物质组成与含量对煤的密度影响较大，可以粗略地认为：煤的灰分每增加1%，煤的密度增加0.01%。 原因：    煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的宏观表现，反映了煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点。    其中，分子结构紧密程度是影响煤真密度的关键因素。    年轻的褐煤分子结构上有较多的侧链和官能团，在空间形成较大孔隙，难以形成致密的结构，所以密度较低；随煤化程度的提高，分子上的侧链和官能团呈减少趋势，与此同时，分子上的氧元素则迅速减少，虽然侧链和官能团的减少有利于

3、密度的提高，但氧的原子量较碳大，氧的减少造成密度下降占优势，总体上使煤的真密度有所下降；到无烟煤阶段后，煤分子结构上的侧链和官能团迅速减少，使煤分子缩聚成为非常致密的芳香结构，从而煤的真密度也随之迅速增大。 1.2煤层气对煤岩力学特性的影响 煤层气对煤体强度的影响：    根据大量试验结果表明，煤体吸附煤层气的含量对煤的力学性能的影响是显著的。    一般来说，煤层气含量越高煤体强度越低，向呈塑性变形转化，出现体积膨胀；煤层气含量越低煤体强度越高，煤体压缩性减小，向呈脆性破坏转化。 煤层气对煤岩体弹性模量的影响：    弹性模量的测试结果表明，煤中含煤层气时，其弹性

4、模量变化很大。    在单轴情况下，弹性模量依赖于孔隙压力，并随孔隙压力的增加呈直线关系衰减；在有围压作用的情况下，衰减变缓。严格地讲，弹性模量与孔隙压力和围压都有关系。一般情况下，弹性模量与孔隙压力之间的变化关系不按直线规律衰减，而与围压有关。但在孔隙压力不太高的情况下可用直线规律来表示弹性模量与孔隙压力之间的关系。煤体由于吸附煤层气含量增加，弹性模量降低。其原因是煤层气分子受煤岩固体颗粒吸引，附着于颗粒表面，联结力小于原来联结力，而且煤层气分子还将被吸引而挤入两个相接触很近的固体颗粒间使其间距增加，也使联结力减小，煤岩体宏观上抵抗变形的能力降低。煤对煤层气吸附量

5、是随孔隙压力增加呈非线性增加的。 煤层气对煤岩体力学响应的影响：    通过刚性试验机试验得到的煤在煤层气孔隙压力作用下的应力-应变曲线表明，煤的初始变形阶段就受孔隙煤层气的影响，其应力-应变之间就不再呈线性关系，孔隙压力不同，其初始弹性模量也不相同，这是由于煤对煤层气具有强烈的吸附和解吸作用造成的。    含煤层气煤在整个变形过程中力学特性发生了变化，除孔隙压力的力学作用，还有煤层气的物理作用。孔隙压力增加，煤体的煤层气含量也增加，使煤体吸附煤层气的能力增加。 1.3含气煤层电性参数     国内外对煤层电性参数做了大量测定，并研究得出了其与突出影响因素之间的关系

6、：    ①变质程度。褐煤的电阻率较低，随着煤化程度加深电阻率增加，到长焰煤时达到最大，此后煤化程度加深，煤的电阻率呈缓慢下降趋势，到碳含量达到90%以上的无烟煤时，电阻率迅速下降。煤化程度是影响煤的介电常数的主要因素，随煤化程度的加深，煤的介电常数减小，在含碳87%左右达到最小，然后又急剧增大。因为年轻煤的极性含氧官能团多，极性大，所以介电常数较大；随煤化程度的加深，含氧官能团减少，介电常数也减小；而年老煤的介电常数增大是因为其导电性增大之故。    ②含水性。煤含水分增加，其电阻率下降。褐煤和长焰煤下降幅度较大，烟煤次之，贫煤、无烟煤和岩石下降甚微。介电常数对不

7、同煤种变化较大。煤层湿度越大，对电磁波的反射和吸收越强，较大面积含水区在电磁波透视探测时反应异常。而在一般情况下，煤层含水较多的区域，其突出危险性相对小一些。    ③破坏类型。据有关资料，一般未破坏煤层的电阻率平均为1500-5000Ω.m，靠近断层带逐渐下降到100-500Ω.m。炭质泥岩和粉砂岩的电阻率一般不超过20-100Ω.m。同一变质程度的煤，突出煤和非突出煤的介电常数相差较小，特别是烟煤，不同结构类型的介电常数在同一频率条件下相差无几。煤的破坏程度越高，突出危险性越大。    ④煤层气。煤层气压力和含量增加，煤的极化能力增强，导电性能增大，电阻率降